分析空气源热泵热水器的季节变化实验及优化策略

□周雄健

（广东瑞星新能源科技有限公司 广西 贵港 523000）

分析空气源热泵热水器的季节变化实验及优化策略

□周雄健

（广东瑞星新能源科技有限公司 广西 贵港 523000）

为了研究季节变化对空气源热泵热水器的影响，本文通过实验的方式来测试空气源热泵热水器在不同季节环境下的性能变化。实验结果表明，不同季节环境下对空气源热泵热水器性能变化影响最大的关键因素为水箱设定温度与环境温度。从而提出了空气源热泵热水器的相关优化策略，并对优化策略的实施效果进行了分析。

空气源热泵热水器；季节变化；实验；优化策略

1 实验设备与实验方法

1.1 实验设备

本次实验所选用的设备分别为计算机一台、恒温室、热敏电阻三组，控制箱、蓄热水箱、全封闭旋转式压缩机、冷凝盘管、数据采集器及风冷换热器。恒温室的设定温度范围为-5℃～35℃；控制箱用于对恒温室的温度进行控制；蓄热水箱的结构为承压式，内胆为不锈钢板，其容积为120L，在蓄热水箱的外壳与内胆中设置了保温材料；全封闭旋转式压缩机的额定功率为735W。冷凝盘管布置在蓄热水箱的底部位置，形状为螺旋形；数据采集器布置在恒温室外部，用于采集热敏电阻传输过来的数据；风冷换热器安装在恒温室当中，并由轴风扇与蒸发盘管构成。

1.2 实验方法

将计算机与数据采集器和控制箱进行连接，由计算机通过控制箱来对恒温室中的温度进行调节，使恒温箱能够模拟季节变化所形成的温度。由恒温室中一组热敏电阻对室内温度进行感应，一组热敏电阻对蒸发盘管的侧温度进行感应，剩余一组热敏电阻感应蓄热水箱中的水温度，恒温室中的温度感应点设置在室内中心位置，并用数据采集器对这三组热敏电阻的温度数据进行采集和记录。数据采集器记录的内容包括恒温箱中空气源热泵热水器的能量损耗、蓄热水箱中的水温度及蒸发盘管的侧温度，整个运行过程全部按照化箱流程进行判别；在进行实验阶段时，将热泵系统性能系数COP作为对空气源热泵热水器的性能评判指标，并设置蓄热水箱的初始温度为15℃。

2 实验结果分析

2.1 环境温度的影响

通过在恒温室中模拟不同季节的变化环境特征，以此对空气源热泵热水器的运行性能进行判断，并以热泵系统性能系数COP作为评价指标。通过对温度变化特征进行分析，可以总结出，在冬季时处于低温状态，即低温环境中的COP性能系数变化规律。在春秋季节时处于中温状态，即中温环境中的COP性能系数变化规律。在夏季时处于高温状态，即高温环境中COP性能系数变化规律。因此，按照温度状态，可以区分为低温区域、中温区域与高温区域。通过对热泵系统性能系数COP在这三个区域中的变化规律进行分析，总结出在低温区域中，即温度在-5℃～5℃时，热泵系统性能系数COP的变化相对较小，变化曲线相对较为平坦，并且COP的数值相对较低，这证明空气源热泵热水器的运行性能较差。在中温区域中，即温度在5℃～30℃时，COP数值呈明显上升趋势，并且变化值始终超过2.5以上，当环境温度处于30℃时，COP数值最大，因此可以判断出空气源热泵热水器在30℃时，系统运行性能最佳。在高温区域中，即温度在30℃～35℃时，COP数值呈明显下降趋势，并且变化值基本保持在1左右，当恒温室达到35℃时，空气源热泵热水器的工作效率明显降低，且比20℃时还要更低，这说明，空气源热泵热水器在高温区域中循环热负荷过高，从而造成其性能下降。

2.2 水箱温度的影响

实验结果表明，当蓄热水箱中的温度开始高于15℃时，COP值呈线性下降趋势，而当蓄热水箱中水的温度达到60℃时，此时COP值降到历史最低点。当恒温室中的温度处于高温区时，可以看出COP基本变化不大，其变化曲线相对较为平坦，变化幅度仅为0.2～0.4之间。而当恒温室中的温度开始下降时，可以看出COP呈明显下降趋势，其变化曲线上下波动较大，变化幅度在0.7～1.5之间，当环境达到最低时，COP值在1.42，这也是本次实验的最低值。

2.3 结果分析

通过对上述实验结果进行分析，我们可以知道，当外部环境处于冬季时，会对空气源热泵热水器产生明显影响，而在此种环境下提高水箱的设定温度，但会非常有可能导致热水器的系统运行性能下降，并且外部环境温度越低，对空气源热泵热水器的系统影性能影响就越明显。而当外部环境处于春秋季节时，对空气源热泵热水器的性能影响较为明显，外部环境为30℃时，空气源热泵热水器的系统运行性能为最佳状态。而当外部环境处于夏季时，会使空气源热泵热水器的系统运行性能大幅下降，当夏季温度达到35℃以上时，空气源热泵热水器会由于循环热负荷过高，而造成系统运行性能降到最低点。

2.4 空气源热泵热水器的相关优化策略

空气源热泵热水器有四种工作模式，分别为午间模式、谷电模式、谷电加午间模式及正常模式，午间模式只有在中午外部环境温度较高时使用，而午后至傍晚是全天的温度峰值，因此在中午以后开启午间模式能够使空气源热泵热水器的系统性能明显提高。谷电加午间模式能够适用于用户在早间和晚间大量使用热水的情况。正常模式能够对水温进行加热，从而提高了用户的舒适性，用户可以根据自己的需求来设置正常模式。从对上面几种工作模式进行介绍，我们可以了解到，在春秋季节时，由于温度适中，因此采取午间模式能够明显提高热水器的系统运行性能。而在夏季时，由于温度过高，如果采用午间模式不仅不能提高热水器的系统性能，还会造成大量能源的浪费，因此选择谷电模式为最佳。在冬季时，由于温度较低，为了提高舒适性，并且能够满足用户的热水需求，应根据实际情况来选择即时加热模式。

3 优化效果分析

在采取优化措施以后，我们需要对其经济性进行比较，通过春秋季优化策略与常规使用方案进行比较，优化后的实际耗能为1 372MJ，而常规使用方案为1 662MJ，优化后的费用为232元，常规使用费用为282元；夏季优化策略与常规使用方案进行比较发现，优化后的实际耗能为660MJ，而常规使用方案为652MJ，运行费用分别为55元和110元；冬季优化策略与常规使用方案进行比较发现，优化后的实际耗能为1 042MJ，而常规使用方案为2 086MJ，运行费用分别为173元和353元。

结束语

通过实验的方式对空气源热泵热水器在季节变化环境下的系统运行性能进行测试，实验结果得出，水箱温度升高会使空气源热泵热水器的系统运行性能受到影响，并且外界环境温度越低，系统运行性能影响越大。当外界环境达到30℃时，此时空气源热泵热水器的系统运行性能最好。通过对上述实验结果进行分析，并对优化策略的效果进行比较，总结出通过对空气源热泵热水器的工作模式进行合理调节，能够显著提高系统运行性能，并能达到良好的经济效果，因此应用价值极大。

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1004-7026（2017）16-0082-02

TS914.252

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.16.054